THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 22011022 KV

Cùng với sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, điện năng ngày càng được sử dụng rộng rãi với tốc độ tăng trưởng trung bình hằng năm khoảng 12%. Để đáp ứng yêu cầu tăng trưởng của phụ tải, hệ thống điện nước ta luôn đòi hỏi sự đầu tư lớn. Do đó việc tìm hiểu nghiên cứu, tính toán thiết kế trạm biến áp và bảo vệ chống sét cho trạm là việc làm cần thiết. Luận văn “Thiết kế trạm biến áp 22011022kV” trình bày đường lối tổng quát cho việc tính toán thiết kế cho trạm. Thiết kế trạm biến áp 22011022kV gồm 10 chương, trình bày đường lối thiết kế phần điện cho trạm biến áp: từ yêu cầu phụ tải ở các cấp điện áp, trình bày các phương án thiết kế trạm, tính tổn thất điện năng, chọn lựa các khí cụ điện, tính chống sét đánh trực tiếp và nối đất bảo vệ trạm.

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP

220/110/22 KV

1 Nội dung

Cùng với sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, điện năng ngày càngđược sử dụng rộng rãi với tốc độ tăng trưởng trung bình hằng năm khoảng 12% Để đápứng yêu cầu tăng trưởng của phụ tải, hệ thống điện nước ta luôn đòi hỏi sự đầu tư lớn Do

đó việc tìm hiểu nghiên cứu, tính toán thiết kế trạm biến áp và bảo vệ chống sét cho trạm

là việc làm cần thiết

Luận văn “Thiết kế trạm biến áp 220/110/22kV” trình bày đường lối tổng quát

cho việc tính toán thiết kế cho trạm

Thiết kế trạm biến áp 220/110/22kV gồm 10 chương, trình bày đường lối thiết kế

phần điện cho trạm biến áp: từ yêu cầu phụ tải ở các cấp điện áp, trình bày các phương ánthiết kế trạm, tính tổn thất điện năng, chọn lựa các khí cụ điện, tính chống sét đánh trựctiếp và nối đất bảo vệ trạm

2 Kết quả

Luận văn “Thiết kế trạm biến áp 220/110/22kV” tính toán được cân bằng phụ

tải, đưa ra các dạng sơ đồ cấu trúc rồi chọn một phương án khả thi thực hiện tính toán và

sơ đồ nối điện( sơ đồ nối điện chi tiết), lựa chọn hai máy biến áp tự ngẫu và hai máy biến

áp tự dùng cho trạm, tính toán ngắn mạch để từ đó lựa chọn các khí cụ điện, thanh cái,đường dây, thiết kế tự dùng cho trạm Đồng thời tính toán được hệ thống chống sét đánhtrực tiếp và nối đất bảo vệ trạm

Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng năm 2016

Sinh viên

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

PHI U GIAO Đ TÀI KHÓA LU N T T NGHI PẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ề TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ẬN TỐT NGHIỆP ỐT NGHIỆP ỆP i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii

CHƯƠNG 1 NG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Gi i thi u t ng quan v tr m bi n áp.ới thiệu tổng quan về trạm biến áp ệu tổng quan về trạm biến áp ổng quan về trạm biến áp ề trạm biến áp ạm biến áp ến áp .1

1.1.1 Khái ni m.ệu tổng quan về trạm biến áp .1

1.1.2 Phân lo i.ạm biến áp .1

1.1.3 Các thành phần chính của trạm biến áp 2

1.2 Những vấn đề chính khi thiết kế trạm biến áp 2

1.2.1 Những vấn đề cần lưu ý 2

1.2.2 Yêu cầu khi thiết kế trạm biến áp 2

1.3 Giới thiệu chung về trạm biến áp sẽ thiết kế 3

CHƯƠNG 2 TỔNG HỢP ĐỒ THỊ PHỤ TẢI 5

2.1 Hệ thống 5

2.2 Đồ thị phụ tải cấp 110 kV 5

2.3 Đồ thị phụ tải cấp 22 kV 6

2.4 Đồ thị phụ tải toàn trạm 7

2.5 Nhận xét 8

CHƯƠNG 3 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN TRẠM BIẾN ÁP 9

3.1 Sơ đồ cấu trúc 9

3.1.3 Phương án lựa chọn 10

3.1.4 Nhận xét 14

3.2 Sơ đồ nối điện 15

3.2.1 Khái niệm 15

3.2.2 Lựa chọn sơ đồ nối điện 16

CHƯƠNG 4 LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT TRONG MÁY BIẾN ÁP 17

4.1 Khái niệm 17

4.1.1 Các đặc điểm cần lưu ý khi sử dụng máy biến áp 17

4.1.2 Hệ thống làm mát máy biến áp 18

4.1.3 Quá tải máy biến áp 19

4.2 Chọn công suất máy biến áp 19

4.2.1 Chọn 2 máy biến áp tự ngẫu 20

4.2.2 Máy biến áp tự dùng 21

4.3 Tính tổn thất điện năng 21

4.3.1 Khái niệm 21

4.3.2 Cách tính tổn thất điện năng của các loại máy biến áp 22

4.3.3 Tính tổn thất điện năng theo phương án đã chọn 23

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 25

5.1 Khái niệm 25

5.2 Trình tự tính toàn ngắn mạch 25

5.2.1 Tính toán ngắn mạch ba pha 25

5.2.2 Tính ngắn mạch trong mạng hạ thế U < 1000V 26

5.3 Tính ngắn mạch cho phương án 26

6.1 Các vấn đề chung 31

6.2 Chọn máy cắt điện 32

6.2.1 Chọn máy cắt 220 kV 32

6.2.2 Chọn máy cắt 110 kV 33

6.2.3 Chọn máy cắt 22 kV 33

6.3 Chọn dao cách ly 34

6.3.1 Chọn dao cách ly 220 kV 35

6.3.2 Chọn dao cách ly 110 kV 35

6.3.3 Chọn dao cách ly 22 kV 36

6.4 Chọn máy biến dòng BI 36

6.4.1 Khái niệm 36

6.4.2 Điều kiện chọn máy biến dòng 37

6.4.3 Chọn máy biến dòng cho các cấp điện áp 38

6.5 Chọn máy biến điện áp BU 41

6.5.1 Khái niệm 41

6.5.2 Chọn máy biến điện áp cho các cấp điện áp 42

6.6 Chọn thanh dẫn – thanh góp 46

6.6.1 Khái niệm 46

6.6.2 Chọn thanh góp các cấp điện áp 49

6.7 Chọn dây dẫn trên không 53

6.7.1 Điều kiện 53

6.7.2 Chọn dây dẫn cho các cấp điện áp 54

CHƯƠNG 7 TỰ DÙNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP 61

7.3 Chọn cáp và CB 62

CHƯƠNG 8 CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 64

8.1 Khái niệm 64

8.2 Các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật 65

8.3 Phương pháp tính toán phạm vi bảo vệ trạm 65

8.3.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét 65

8.3.2 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét 66

8.3.3 Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét 67

8.4 Tính toán cho trạm 69

8.4.1 Cấp 220 kV 69

8.4.2 Cấp 110 kV 71

CHƯƠNG 9 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 75

9.1 Khái niệm chung 75

9.2 Tính toán và thiết kế hệ thống nối đất 75

9.2.1 Nối đất tự nhiên 75

9.2.2 Nối đất nhân tạo 78

CHƯƠNG 10 TỔNG KẾT 81

10.1 Nội dung thực hiện 81

10.2 Những hạn chế 87

10.3 Định hướng phát triển mở rộng đề tài 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

PHỤ LỤC 89

LỜI CÁM ƠN 91

Hình 2.1 Sơ đồ phụ tải cấp 110 kV 5

Hình 2.2 Sơ đồ phụ tải cấp 22 kV 6

Hình 2.2 Sơ đồ phụ tải toàn trạm biến áp 8

Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc phương án 1 11

Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc phương án 2 12

Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc phương án 3 13

Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc phương án 4 14

Hình 3.5 Sơ đồ nối điện trạm biến áp 16

Hình 5.1 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch 27

Hình 8.1: phạm vi bảo vệ của một cột thu sét 66

Hình8.2: phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau 67

Hình 8.3: phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao khác nhau 67

Hình 8.4: phạm vi bảo vệ của ba cột thu sét 68

Hình 8.5: phạm vi bảo vệ của bốn cột thu sét 68

Hình 8.6 Sơ đồ bố trí cột thu sét khu vực 220 kV 69

Hình 8.7 Sơ đồ bố trí cột thu sét khu vực 110 kV 72

Hình 9.1 Sơ đồ hệ thống nối đất trạm 80

Hình PL.1 Mặt bằng và mặt cắt đường dây 220 kV 89

Hình PL.2 Mặt bằng và mặt cắt đường dây 110 kV 90

Bảng 2.1 Tổng hợp phụ tải toàn trạm 7

Bảng 5.1 Tổng hợp tính toán ngắn mạch 30

Bảng 6.1 Thông số máy cắt 34

Bảng 6.2 Thông số dao cách ly 36

Bảng 6.3 Thông số BI đã chọn 41

Bảng 6.4 Thông số BU đã chọn 46

Bảng 8.1 Bảng tính độ cao cột thu sét khu vực 220 kV 70

Bảng 9.2 Bảng tính toán độ cao cột thu sét khu vực 110 kV 72

CH ƯƠNG 1 NG 1 TỔNG QUAN

1.1 Gi i thi u t ng quan v tr m bi n áp ới thiệu tổng quan về trạm biến áp ệu tổng quan về trạm biến áp ổng quan về trạm biến áp ề trạm biến áp ạm biến áp ến áp.

1.1.1 Khái ni m ệu tổng quan về trạm biến áp.

Trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất trong hệ thống điện Nó

có nhiệm vụ chính là biến điện áp đến một cấp thích hợp nhằm phục vụ cho việc truyềntải và cung cấp điện đến phụ tải tiêu thụ Trạm biến áp tăng áp nâng điện áp lên cao đểtruyền tải đi xa Ngược lại, trạm biến áp hạ áp giảm điện áp xuống thấp thích hợp để cấpcho các phụ tải tiêu thụ

1.1.2 Phân lo i ạm biến áp.

Trạm biến áp được phân loại theo điện áp, quy mô và cấu trúc xây dựng của trạm:

a Theo điện áp có hai loại:

- Trạm biến áp tăng áp: thường đặt ở nhà máy điện có nhiệm vụ nâng điện áp đầucực máy phát lên cao để phát về hệ thống điện và phụ tải ở xa

- Trạm biến áp giảm áp: thường đặt ở những trạm phân phối, nó nhận điện từ hệthống truyền tải rồi giảm điện áp xuống thấp thích hợp để cung cấp điện cho các phụ tảitiêu thụ

b Theo quy mô trạm có hai loại:

- Trạm biến áp trung gian hay còn gọi trạm biến áp khu vực: thường có điện áp sơcấp lớn, cung cấp điện cho một khu vực phụ tải lớn ở các vùng miền, tỉnh thành, khu côngnghiệp lớn,… Điện áp ở phía sơ cấp thường là 500, 220, 110 kV, điện áp phía thứ cấpthường là 110, 66, 35, 22, 15 kV

- Trạm biến áp phân phối hay còn gọi trạm biến áp địa phương: nhận điện từ cáctrạm biến áp trung gian để cung cấp trực tiếp cho các phụ tải như xí nghiệp, khu dân cư,

… qua các đường dây phân phối

c Theo cấu trúc xây dựng thì có hai loại:

- Trạm biến áp ngoài trời: phù hợp với các trạm khu vực và trạm địa phương cócông suất lớn

- Trạm biến áp trong nhà: phù hợp với các trạm địa phương và các nhà máy có

1.1.3 Các thành phần chính của trạm biến áp.

- Máy biến áp trung tâm

- Hệ thống thanh cái, máy cắt, dao cách ly

- Hệ thống relay bảo vệ

- Hệ thống nối đất, hệ thống chống sét

- Hệ thống điện tự dùng

- Khu vực phòng điều hành

- Khu vực phòng phân phối

1.2 Những vấn đề chính khi thiết kế trạm biến áp

1.2.1 Những vấn đề cần lưu ý

- Trạm biến áp nên đặt gần các phụ tải

- Thuận tiện giao thông để dễ chuyên chở các thiết bị xây dựng trạm

- Không nên đặt ở các trung tâm thành phố vì sẽ làm tăng chi phí đầu tư cũng nhưlàm mất mỹ quan đô thị

- Nên đặt trạm ở những nơi khô ráo, tránh những khu vực ẩm ướt hoặc mực nướcngầm cao hơn đáy móng

- Tránh đặt trạm ở các vùng đất dễ sạt lỡ

- Tránh xa các khu vực dễ cháy nổ

Tóm lại: Việc chọn vị trí cố định đặt trạm biến áp là khá quan trọng vì nó sẽ quyếtđịnh về chi phí, tính an toàn và thuận tiện khi vận hành

1.2.2 Yêu cầu khi thiết kế trạm biến áp

Trạm biến áp cung cấp điện cho hộ tiêu thụ là phải đảm bảo đủ điện năng với chấtlượng nằm trong phạm vi cho phép Ngoài ra phải đảm bảo về mặt kinh tế, an toàn,…Một phương án được xem là hợp lý khi thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Đảm bảo chất lượng điện năng

- Đảm bảo độ tin cậy

- Vốn đầu tư thấp

- An toàn cho người và thiết bị

- Thuận tiện sửa chữa, vận hành

- Có tính khả thi

Tuy nhiên những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau do đó khi thiết kế cầnkết hợp hài hòa từng yêu cầu để tạo ra phương án tối ưa.

1.3 Giới thiệu chung về trạm biến áp sẽ thiết kế

Thiết kế trạm biến áp 220/110/22 kV có các thông số như sau:

a Hệ thống:

Trạm biến áp được nối với hệ thống có các thông số như sau:

- Công suất hệ thống: SHT = 1000 MVA

- Điện kháng hệ thống: xHT = 0,3

- Cung cấp điện cho trạm bằng hai đường dây dài = 100 km

b Phụ tải cấp điện áp 110 kV:

Phụ tải khu nhà máy 110 kV có các thông số như sau:

- Công suất: Smax = 100 MVA

- Hệ số công suất: cosφ = 0,88

- Số đường dây: 1 kép, 3 đơn

- Đồ thị phụ tải ở cấp 110 kV như sau:

c Phụ tải khu nông nghiệp 22 kV:

Phụ tải khu nông nghiệp 22 kV có các thông số như sau:

- Công suất: Smax = 70 MVA

- Hệ số công suất: cosφ = 0,85

- Số đường dây: 2 kép, 6 đơn

- Đồ thị phụ tải ở cấp 22 kV như sau:

d Tự dùng của trạm biến áp:

Tự dùng của trạm có các thông số như sau:

- Công suất: Smax = 0,8 MVA

- Hệ số công suất: cosφ = 0,80

CHƯƠNG 2 TỔNG HỢP ĐỒ THỊ PHỤ TẢI

Tổng hợp đồ thị phụ tải là cộng hai hay nhiều đồ thị phụ tải ở các cấp điện áp dotrạm biến áp cung cấp điện Phụ tải này bao gồm cả phần tổn hao trong tuyền tải (qua máybiến áp) và phần tự dùng phục vụ cho việc sản xuất và truyền điện năng

2.1 Hệ thống

Trạm biến áp được nối với hệ thống có các thông số như sau:

- Công suất hệ thống: SHT = 1000 MVA

- Điện kháng hệ thống: xHT = 0,3

- Cung cấp điện cho trạm bằng hai đường dây dài = 100 km

2.2 Đồ thị phụ tải cấp 110 kV

Phụ tải khu nhà máy 110 kV có các thông số như sau:

- Công suất: Smax = 100 MVA

- Hệ số công suất: cosφ = 0,88

- Số đường dây: 1 kép, 3 đơn

- Đồ thị phụ tải ở cấp 110 kV như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ phụ tải cấp 110 kV

P = S.cosφ = 100.0,88 = 88 MW

Q = S.sinφ = 100.0,475 = 47,5 MVar

Từ thông số của cấp 110 kV ta tính được các giá trị sau:

Phụ tải khu nông nghiệp 22 kV có các thông số như sau:

- Công suất: Smax = 70 MVA

- Hệ số công suất: cosφ = 0,85

- Số đường dây: 2 kép, 5 đơn

- Đồ thị phụ tải ở cấp 22 kV như sau:

Hình 2.2 Sơ đồ phụ tải cấp 22 kV

P = S.cosφ = 70.0,85 = 59,5 MW

Q = S.sinφ = 70.0,527 = 36,87 MVar

Từ thông số của cấp 22 kV ta tính được các giá trị sau:

STT Thời gian(h) S% S (MVA) P (MW) Q (Mvar)

22 kV(MVA)

S S% 100%

S



, S i là công suất biểu kiến thứ i

Từ bảng thông số trên ta xây dựng được đồ thị phụ tải của trạm như sau:

Hình 2.2 Sơ đồ phụ tải toàn trạm biến áp

Hệ số công suất trung bình toàn trạm là:

CHƯƠNG 3 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN

hệ thống được xem là phần quan trọng và cấu trúc của trạm biến áp phải luôn được giữliên lạc chặt chẽ

Chọn sơ đồ cấu trúc là một vấn đề quan trọng vì nó ảnh hưởng đến việc cung cấpđiện an toàn và liên tục cho phụ tải Tùy theo tính chất quan trọng của trạm biến áp mà sơ

đồ cấu trúc được chọn đơn giản hay phức tạp

Sơ đồ cấu trúc của trạm phải thỏa mãn những yêu cầu sau:

- Có tính khả thi nghĩa là có thể chọn được các thiết bị chính như máy biến áp,máy cắt cũng như trong thi công lắp đặt

- Làm việc đảm bảo độ tin cậy và khả năng an toàn

- Tính linh hoạt và vận hành an toàn

- Tính kinh tế

- Tính phát triển và hiện đại

3.1.2 Chọn số lượng máy biến áp

Chọn số lượng máy biến áp cho từng cấp điện áp của trạm phải căn cứ vào nhữngđiều kiện: độ tin cậy cung cấp điện, công suất của phụ tải cung cấp và tính kinh tế

Do đó, ta có các phương án chọn lựa số lượng máy biến áp như sau:

Thiết kế như vậy vốn đầu tư ban đầu nhỏ, tận dụng được vốn đầu tư ban đầu tốthơn Tuy nhiên, tính liên tục cung cấp điện trong trường hợp này không cao.

b Hai máy biến áp

Là phương án được sử dụng nhiều nhất vì tính đảm bảo cung cấp điện liên tục cao.Phương án này được thiết kế khi:

- Có hai đường dây cung cấp từ hệ thống

- Khi không có máy biến áp lớn phù hợp với phụ tải

- Không có khả năng chuyên chở và xây lắp một máy biến áp lớn

c Ba máy biến áp

Ba máy biến áp chỉ sử dụng trong trường hợp đặc biệt:

- Khi không có hai máy biến áp phù hợp

- Trạm biến áp đã xây dựng, khi phát triển phụ tải không có khả năng thay hai máymới phải đặt thêm máy thứ ba

Đặt ba máy biến áp thường đưa tới tăng vốn đầu tư, tăng diện tích xây dựng, phứctạp lắp đặt

3.1.3 Phương án lựa chọn

a Nhận định chung

Trạm biến áp sẽ thiết kế gồm cấp điện áp 220 kV (cấp hệ thống), 110 kV và 22 kV(cấp phụ tải) Trong đó cấp 110 kV là phụ tải loại 1 và 22 kV là phụ tải loại 2 nên không thể dùng một máy biến áp làm máy biến áp chính vì khi sự cố sẽ mất điện hoàn toàn

Có hai đường dây cung cấp từ hệ thống

Các cấp điện áp cao và trung đều có trung tính nối đất

b Xét một số phương án

Phương án 1: Dùng hai máy biến áp tự ngẫu 220/110/22 kV

Phụ tải cấp 110 kV và 22 kV được lấy từ cuộn trung và cuộn hạ máy biến áp

Ưu điểm:

 Độ tin cậy cao

 Đảm bảo cung cấp điện liên tục

 Sơ đồ cấu trúc rõ ràng

 Tổn thất điện năng bé

 Vốn đầu tư thấp.

Khuyết điểm:

 Khó chọn máy biến áp có công suất phù hợp

 Khó khăn khi vận chuyển máy biến áp

Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc phương án 1

Phương án 2: dùng 2 máy biến áp hai cuộn dây 220/110 kV và 2 máy biến áp hai cuộn

dây 110/22 kV

Ưu điểm:

 Độ tin cậy cao

 Đảm bảo cung cấp điện liên tục

 Tổn thất điện năng lớn vì cấp 22 kV phải qua hai lần biến áp.

Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc phương án 2

Phương án 3: dùng 2 máy biến áp hai cuộn dây 220/110 kV và 2 máy biến áp hai cuộn

dây 220/22 kV

Ưu điểm:

 Độ tin cậy cao

 Đảm bảo cung cấp điện liên tục

 Khó chọn máy biến áp 220/22 kV.

Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc phương án 3

Phương án 4: dùng 2 máy biến áp ba cuộn dây 220/110/22 kV.

Ưu điểm:

 Độ tin cậy cao

 Đảm bảo cung cấp điện liên tục

 Công suất lớn kéo theo kích thước và trọng lương máy biến áp lớn có thể khókhăn khi vận chuyển.

Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc phương án 4

3.1.4 Nhận xét

Phương án 1 và 4 đơn giản vì chỉ sử dụng hai máy biến áp nên nhìn sơ bộ sẽ tổnhao điện năng nhỏ hơn 2 phương án còn lại, hơn nữa khi sử dụng ít máy biến áp thì sốlượng máy cắt sẽ ít đi và diện tích trạm sẽ nhỏ

Phương án 2 sử dụng bốn máy biến áp sẽ tốn nhiều diện tích trạm, chi phí cao Mặtkhác, phụ tải 22 kV phải chịu tổn thất qua hai lần máy biến áp nên hiệu suất truyền tảigiảm, chi phí tăng

Phương án 3 ngoài việc sử dụng bốn máy biến áp nó còn có nhược điểm lớn nhất là

độ chênh lệch điện áp giữa sơ cấp và thứ cấp lớn ( 220/22 kV) làm tính khả thi củaphương án giảm vì hầu như không chọn được máy biến áp thích hợp Nếu đặt hàng thì sẽlàm tăng chi phí và khó thay thế về sau này

Kết luận: Trong bốn phương án trên ta chọn phương án 1 vì có nhiều ưu điểm và

phù hợp với yêu cầu thiết kế trạm biến áp, đáp ứng thực tế của ngành điện nước ta vềphương diện kỹ thuật cũng như các yêu cầu kinh tế

3.2 Sơ đồ nối điện

3.2.1 Khái niệm

Sơ đồ nối điện là một hình vẽ biểu diễn quan hệ giữa các thiết bị điện, khí cụ điện

có nhiệm vụ nhận điện từ các nguồn để cung cấp phân phối cho các phụ tải cùng một cấp điện áp

Nguồn điện có thể là máy biến áp, máy phát điện, đường dây cung cấp

Phụ tải có thể là máy biến áp, đường dây

Mỗi nguồn hay tải gọi là một phần tử của sơ đồ nối điện

Thanh góp là nơi tập trung các nguồn điện và phân phối cho các phụ tải

Sơ đồ nối điện có nhiều dạng khác nhau phụ thuộc vào cấp điện áp, số phần tử nguồn và tải, công suất tổng, tính chất quan trọng của phụ tải,… Sơ đồ nối điện cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Tính đảm bảo cung cấp điện theo yêu cầu hay sự quan trọng của phụ tải mà mức

độ đảm bảo cần đáp ứng Tính đảm bảo của sơ đồ nối điện có thể đánh giá qua độ tin cậy cung cấp điện, thời gian ngừng cấp điện, điện năng không cung cấp đủ cho các hộ tiêu thụhay là sự thiệt hại của phụ tải do không đảm bảo cung cấp điện

- Tính linh hoạt là sự thích ứng với các chế độ làm việc khác nhau

- Tính phát triển: sơ đồ nối điện cần thỏa mãn không những ở hiện tại mà cả trong tương lai gần khi tăng thêm nguồn hay tải Khi phát triển không bị khó khăn hay phá bỏ thay đổi cấu trúc sơ đồ

- Tính kinh tế: thể hiện ở vốn đầu tư ban đầu và các chi phí hằng năm

Các dạng sơ đồ nối điện cơ bản:

+ Sơ đồ hệ thống một thanh góp

+ Sơ đồ hệ thống một thanh góp có phân đoạn

+ Sơ đồ hệ thống một thanh góp có thanh góp vòng

+ Sơ đồ hệ thống hai thanh góp

+ Sơ đồ hệ thống hai thanh góp có phân đoạn

+ Sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng.

+ Sơ đồ đa giác

3.2.2 Lựa chọn sơ đồ nối điện

Dựa vào nội dung thiết kế và các yêu cầu trên ta có sơ đồ nối điện như sau:

Hình 3.5 Sơ đồ nối điện trạm biến áp

CHƯƠNG 4 LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN

THẤT TRONG MÁY BIẾN ÁP

4.1 Khái niệm

Máy biến áp là thiết bị truyền tải điện năng từ điện áp này đến điện áp khác Điệnnăng được sản xuất từ nhà máy điện được truyền tải đến các hộ tiêu thụ ở xa phải quađường dây cao thế 110, 220, 500 kV,… thường qua máy biến áp tăng điện áp từ máy phátlên điện áp tương ứng

Ở cuối đường dây cao áp lại cần máy biến áp giảm về điện áp thích hợp với mạngphân phối, ví dụ 22; 15; 0,4 kV…

Trong hệ thống lớn thường phải qua nhiều lần tăng, giảm mới đưa điện năng từ cácmáy phát điện đến hộ tiêu thụ Vì vậy, tổng công suất máy biến áp trong hệ thống điện cóthể bằng 4 đến 5 lần tổng công suất của các máy phát điện

Mặc dù hiệu suất của các máy biến áp tương đối cao, tổn thất qua máy biến áphằng năm vẫn rất lớn

4.1.1 Các đặc điểm cần lưu ý khi sử dụng máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị không phát ra điện năng mà chỉ truyền tải điện năng Trong

hệ thống điện chỉ có máy phát điện mới phát ra công suất tác dụng P và công suất phảnkháng Q

Máy biến áp thường chế tạo thành một khối tại nhà máy Phần có thể tháo rời ratrong khi chuyên chở chiếm tỉ lệ rất nhỏ (khoảng 10%), cho nên trọng lượng, kích thướcchuyên chở rất lớn Vì vậy khi thiết kế cần chú ý đến phương tiện và khả năng chuyênchở khi xây lắp

Tiến bộ khoa học về chế tạo (chủ yếu về vật liệu cách điện, thép từ) tiến bộ rấtnhanh, cho nên các máy biến áp chế tạo càng về sau kích thước, trọng lương, tổn hao và

cả giá thành đều bé hơn Do đó, khi chọn công suất máy biến áp cần tính đến khả năng tậndụng tối đa tránh sự vận hành non tải máy biến áp đưa đến tổn hao không tải lớn, kéo dàithời gian sử dụng không cần thiết

Tuổi thọ và khả năng tải của máy biến áp chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ khi vậnhành Nhiệt độ các phần của máy biến áp không chỉ phụ thuộc vào công suất qua máybiến áp mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh và phương pháp làm mát.

Công suất định mức của máy biến áp được chế tạo theo thang tiêu chuẩn của mỗinước, thường cách nhau lớn, nhất là khi công suất càng lớn Điều này đưa đến nếu tínhtoán không chính xác có thể phải chọn máy biến áp lớn không cần thiết

Khi chọn công suất của máy biến áp phải chú ý đến khả năng phát triển phụ tải,tránh trường hợp vừa xây dựng xong trạm biến áp lại phải thay đổi hay đặt thêm máy biến

áp vì phụ tải tăng Điều này cần cân nhắc rất khoa học và thực tế mới có thể chọn côngsuất tối ưu thỏa mãn tất cả các điều kiện đã nêu trên

Máy biến áp hiện nay có nhiều loại:

- Máy biến áp một pha, ba pha

- Máy biến áp hai cuộn dây, ba cuộn dây

- Máy biến áp có cuộn dây phân chia

- Máy biến áp tự ngẫu một pha, ba pha

- Máy biến áp tăng áp, hạ áp

- Máy biến áp có và không có điều chỉnh dưới tải

Máy biến áp lại do nhiều nước chế tạo theo tiêu chuẩn khác nhau, điều kiện làmviệc cũng có thể khác nhau khi thiết kế cũng cần chú ý khía cạnh này

4.1.2 Hệ thống làm mát máy biến áp

Có nhiều phương pháp, mỗi phương pháp làm mát yêu cầu điều kiện bận hành nhấtđịnh, khi không thực hiện đúng qui định có thể làm tăng nhiệt độ máy biến áp đưa đếngiảm tuổi thọ, thậm chí đưa đến cháy máy biến áp Làm mát máy biến áp có các phươngpháp sau:

- Làm mát máy biến áp theo quy luật tư nhiên

- Làm mát máy biến áp bằng dầu có thêm quạt để tăng cường khả năng trao đổinhiệt và tản nhiệt

- Làm mát bằng phương pháp tuần hoàn cưỡng bức dầu và có tăng thêm quạt

- Làm mát dầu bằng nước

- Làm lạnh kiểu khô

4.1.3 Quá tải máy biến áp

a Quá tải một cách hệ thống hay còn gọi là quá tải bình thường của máy biến áp Qui tắc này được áp dụng khi chế độ bình thường hằng ngày có những lúc máybiến áp vận hành non tải (K1<1) và có những lúc vận hành quá tải (K2>1)

Căn cứ vào đồ thị phụ tải qua máy biến áp chọn máy biến áp có công suất bé hơn

Smax lớn hơn Smin

Smin<SB<Smax

Đẳng trị đồ thị phụ tải qua máy biến áp thành đồ thị phụ tải chỉ có 2 bậc K1 và K2

với thời gian quá tải T2

Từ đường cong khả năng tải của máy biến áp có công suất và nhiệt độ đẳng trị môitrường xung quanh tương ứng xác định khả năng quá tải cho phép K2cp tương ứng K1, K2

b Quá tải sự cố của máy biến áp

khi hai máy vận hành song song mà một trong hai máy bị sự cố phải nghỉ, máybiến áp còn lại có thể vận hành với phụ tải lớn hơn định mức không phụ thuộc vào nhiệt

độ môi trường xung quanh lúc sự cố trong khoảng thời gian 5 ngày đêm nếu thỏa điềukiện

Theo đồ thị phụ tải đẳng trị về hai bậc, trong đó: K1 < 0,93; K2 < 1,4 đối với máybiến áp đặt ngoài trời và K2 < 1,3 đối với máy biến áp đặt trong nhà, T2 < 6 giờ

4.2 Chọn công suất máy biến áp

Trong phương án mà ta đưa ra là chọn hai máy biến áp vận hành song song Do đócông suất máy biến áp được chọn theo điều kiện quá tải sự cố

Điều kiện chọn máy biến áp theo quá tải sự cố là : Kqtsc.SđmB > Smax

Với:

Kqtsc: hệ số quá tải sự cố phụ thuộc vào khả năng tản nhiệt của máy biến áp

Kqtsc = 1,4 nếu biến áp đặt ngoài trời

Kqtsc = 1,3 nếu máy biến áp đặt trong nhà

SđmB : công suất định mức máy biến áp

Smax : công suất cực đại truyền qua máy biến áp

Kiểm tra điều kiện quá tải:

- Thời gian quá tải < 6 giờ

- K1 < 0,93

- Thời gian hoạt động < 5 ngày đêm

4.2.1 Chọn 2 máy biến áp tự ngẫu

Chọn theo điều kiện quá tải: Kqtsc.SđmB > Smax

Máy biến áp đặt ngoài trời Kqtsc = 1,4

max đmB

Tra cataloge các loại MBATN ở cấp 220/110/22KV (nguồn điện lực VN đã sửdụng) Chọn được máy biến áp phù hợp nhất có thông số như sau:

Máy biến áp tự ngẫu 3 pha, 250/250/63MVA - 225/115/23kVMVA (Máy biến áp

tự ngẫu có điều chỉnh dưới tải hiệu ZAPOROZH, Kiểu: ATDTN - 2500000/225/115 - T1

do hãng Zaporozh Transformator của Ukraine sản xuất)

Kiểm tra khả năng quá tải sự cố ở cuộn hạ:

Ta có: SmaxH = 70,8 (MVA) Mà SđmH = 63 (MVA)

Khi MBA hoạt động quá tải, khả năng quá tải cuộn hạ là:

SqtmaxH = 1,4 63= 88,2MVA > 70,8 MVAVậy máy biến áp đã chọn thỏa mãn các điều kiện quá tải sự cố

4.2.2 Máy biến áp tự dùng

Chọn máy biến áp theo điều kiện 1 máy biến áp hoạt động 1 máy biến áp nghỉ

Smaxtd = 800kVA, nên ta chọn máy biến áp có công suất 1000 kVA

Thông số máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây do MEE sản xuất:

- Tổn thất sắt, nó không phụ thuộc vào phụ tải và nó chính là tổn thất không tải củamáy biến áp

- Tổn thất đồng phụ thuộc vào phụ tải Khi phụ tải bằng công suất định mức củamáy biến áp thì tổn hao này chính là tổn hao ngắn mạch

Có nhiều loại máy biến áp như: máy biến áp ba pha hai cuộn dây, ba pha ba cuộndây, tự ngẫu 3 pha,… Mỗi máy có cách tính khác nhau Tùy nhiên vì các máy biến áptrong phương án ta sử dụng là máy biến áp tự ngẫu ba pha và ba pha hai cuộn dây nên tachỉ đưa ra các công thức để tính tổn thất cho các loại máy biến áp này

a Tổn thất điện năng trong máy biến áp ba pha hai cuộn dây.

Khi không có đồ thị phụ tải, xác định theo biểu thức:

2 max

đmB

S1

+ A: là tổn thất điện năng trong máy biến áp

+ n: số máy biến áp làm việc song song

+  P 0: là tổn thất không tải

+ T: thời gian làm việc của máy biến áp (giờ)

+  P N: là tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp

+ Si : công suất của n máy biến áp tương ứng với thời gian Ti

+Sđm : công suất định mức của máy biến áp

+ : thời gian tổn thất công suất cực đại phụ thuộc vào thời gian sử dụng công suấtcực đại Tmax và cos 

i i max

max max

S TA

T

b Tổn thất điện năng trong máy biến áp tự ngẫu.

- Hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu:

T C

U 1 U

+ A: là tổn thất điện năng trong máy biến áp

+ n: số máy biến áp làm việc song song

+  P 0: là tổn thất không tải

+ T: thời gian làm việc của máy biến áp (giờ)

+ P N.C, P N.T, P N.H: lần lượt là tổn thất ngắn mạch trong cuộn cao, trung hạ

+ S iC,S iT,S iH: lần lượt là công suất qua cuộng cao, trung, hạ tương ứng với thờigian Ti

+Sđm : công suất định mức của máy biến áp

+ : thời gian tổn thất công suất cực đại phụ thuộc vào thời gian sử dụng công suất

4.3.3 Tính tổn thất điện năng theo phương án đã chọn

a Tổn thất điện năng máy biến áp tự ngẫu.

- Hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu:

T C

b Tổn thất điện năng máy biến áp tự dùng ba pha hai cuộn dây.

Tổn thất trong một ngày đêm:

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

5.1 Khái niệm

Khi thiết kế máy biến áp ngoài việc quan tâm đến dòng điện và điện áp bìnhthường còn phải quan tâm đến vấn đề ngắn mạch Dòng điện ngắn mạch lớn hơn nhiều sovới dòng điện định mức nên có thể gây ra ứng suất nhiệt và ứng suất động rất lớn Trongtrường hợp ngắn mạch chạm đất có thể sinh ra điện áp tiếp xúc không cho phép và xảy rahiện tượng nhiễu trong hệ thống điện

Vì vậy, ngắn mạch là sự cố nghiêm trọng thường xảy ra trong hệ thống điện Chonên các phần tử trong hệ thống điện phải được tính toán, lựa chọn sao cho không nhữnglàm việc tốt trong điều kiện bình thường mà còn có khả năng chịu đựng được trạng thái sự

cố trong giới hạn cho phép

Có hai dạng ngắn mạch chính là ngắn mạch đối xứng và ngắn mạch bất đối xứng.Thường ta chỉ tính ngắn mạch ba pha đối xứng vì thường dòng ngắn mạch ba pha lớn hơndòng ngắn mạch hai pha và một pha để lựa chọn khí cụ điện như máy cắt, kháng điện,biến dòng, biến điện áp,… và các phần tử dẫn điện như dây dẫn, thanh dẫn, cáp,…

- Tính trị số cơ bản tương đối của các điện kháng Xi

- Lần lượt biến đổi sơ đồ về sơ đồ đẳng trị chỉ có một nguồn và điện kháng tổng tương đương cho từng điểm ngắn mạch X∑i

- Tính dòng ngắn mạch của từng điểm ngắn mạch theo biểu thức:

Ni

1I*

Trong đó: Icb – bằng trị cơ bản của dòng ngắn mạch tương ứng với điện áp tại điểmngắn mạch.

5.2.2 Tính ngắn mạch trong mạng hạ thế U < 1000V

Khi tính toán ngắn mạch trong mạng hạ thế khác với mạng cao thế

- Có thể tính trong hệ có tên, không cần tính trong hệ tương đối

- Không thể bỏ qua R, vì R và X tương đương nhau

Đơn vị tính R và X (mΩ); U (kV); I (kA); S (kVA).); U (kV); I (kA); S (kVA)

- Điện trở RB và điện kháng XB của máy biến áp xác định theo biểu thức:

Chọn các đại lượng cơ bản:

Công suất cơ bản: Scb=1000 MVA

Điện áp cơ bản: Ucb1 = 230 kV; Ucb2 = 115 kV; Ucb3 = 22 kV

Từ đó suy ra dòng điện cơ bản:

cb cb1

Hình 5.1 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạchCác trị số điện kháng của các phần tử trong hệ cơ bản:

N C cb C

CHƯƠNG 6 CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ PHẦN DẪN ĐIỆN

6.1 Các vấn đề chung

Trong các thiết bị phân phối điện người ta dùng các khí cụ khác nhau để đóng mở,

đo lường,… Chúng được nối với nhau bằng các thanh dẫn, thanh góp theo sơ đồ nối điệnnhất định Tùy theo chức năng đảm nhận, khí cụ điện được phân thành các nhóm sau:

- Khí cụ chuyển mạch như máy cắt điện, dao cách ly

- Khí cụ bảo vệ khi có quá dòng hay quá áp như cầu chì, thiết bị chống sét

- Khi cụ hạn chế dòng ngắn mạch như điện trở phụ, kháng điện

- Khí cụ đo lường như biến dòng, biến điện áp

Các khí cụ điện và dây dẫn, thanh góp tuy có khác nhau về chức năng nhưng đều

có yêu cầu chung là chúng phải được ổn định nhiệt, ổn định động khi có dòng ngắn mạch

đi qua, đặc biệt đối với các khí cụ điện chuyển mạch, hiện tượng hồ quang điện có vai tròquyết định đến cấu tạo của chúng

Trong những điều kiện vận hành các khí cụ điện và các bộ phận dẫn điện làm việc

ở chế độ sau:

- Chế độ làm việc lâu dài: các khí cụ điện, cách điện, bộ phận dẫn điện sẽ làm việctin cậy nếu được lựa chọn theo điện áp danh định và dòng danh định Chế độ làm việc quátải: các khí cụ điện, cách điện, bộ phận dẫn điện chỉ làm việc tin cậy nếu chỉ số và thờigian quá tải về điện áp hoặc dòng điện trong thời gian giới hạn cho phép, lúc đó khí cụđiện làm việc bình thường vì đã tính đến độ bền dự trữ ( đối với một số khí cụ điện có thểquá tải 1,4 lần định mức)

- Chế độ làm việc sự cố: các khí cụ điện, cách điện, bộ phận dẫn điện đảm bảo làmviệc tin cậy nếu chọn đúng điều điện độ bền nhiệt và điện động với thời gian đã hạn chếtác hại do sự cố gây ra ở mức thấp nhất

Khi lựa chọn các khí cụ điện và các thông số của bộ phận dẫn điện phải kể đến vịtrí lắp đặt (trong nhà hay ngoài trời), nhiệt độ môi trường xung quanh, độ ẩm và độ nhiễmbẩn của nó, ngoài ra còn kèm thêm phụ kiện lắp đặt thiết bị

Việc lựa chọn khí cụ điện và các bộ phận dẫn điện phải thỏa mãn các yêu cầu hợp